冬期出水災害に対応する排水ポンプ設置支援装置（自走型）の開発について
Development of a Drainage Pump Installation Support Device (Self-propelled Type)for Emergencies Caused by Runoff Water from Snow Accumulation in Winter片野浩司 1、山口和哉 2、平伴斉 3
Kouji KATANO 1 、Kazuya YAMAGUCHI 2 、Tomonari TAIRA 3
1,2,3 (独)土木研究所寒地土木研究所寒地機械技術チーム
1,2,3 Machinery Technology Research Team, Civil Engineering Research Institute for Cold Region,

Public Works Research Institute１．はじめに

２．低温積雪時の災害発生における影響分析

近年、北海道では冬期でも降雨があり、河川周辺の雪を北海道において冬期積雪時に降雨がある場合、積雪・融融かすため、雨量以上の洪水被害となる場合がある。特に雪水量等の影響により、降水量以上の洪水被害となる可能

低温積雪条件下で凍結により排水機場などの施設が使用で性がある。そこで、過去の気象データや水門データを調査きない場合、排水ポンプ車による対応に頼らざるを得ない

し、近年の気象変動が出水災害に与える影響について分析が、冬期間は除雪の必要性や現場状況の悪化等、作業を遅を行った。その結果、冬期出水災害事例では、冬期におけ延させる要因が増える。

る気温上昇が融雪を促し、流量が増大する事例が見られる

本開発は、平成19年１月の爆弾低気圧の影響による十勝太での内水排除等、多様化する現場の状況を踏まえ、冬期こと、及び低気圧の接近による水面の上昇や吹き寄せによっても、河川水位が上昇することがわかった。

気象状況の影響による出水災害対応を検討し、多様化する現場状況に対応でき、既存の排水ポンプが利用可能な汎用気温上昇性を持たせた設置支援装置を開発するものである。
これにより、冬期出水災害における柔軟な現場対応とともに水際での人力作業等を減少させ、排水ポンプの安全かつ効率的な設置・回収を図ることが可能となる。

積雪深減少

融雪による流量増加

潮位上昇
気圧低下・
強風
満潮

図－１ 冬期出水発生時の気象及び水文データ
平成 15 年 12 月 26 日茨戸川（創成排水機場）
写真－１ 平成19年1月十勝太での排水作業
近年は冬期においても河川水位が上昇し、出水災害が片野浩司（(独)土木研究所寒地土木研究所寒地機械技術チーム）〒062-8602 札幌市豊平区平岸１条３丁目１番 34 号 tel 011-590-4049 Fax 011-590-4054

e-mail:katano-k22aa@ceri.go.jp

発生する可能性が高くなってきていると言える。夏期出水は降水量が支配的であるのに対して、冬期出水の背景には

平成22年4月現在融雪出水があり、融雪を引き起こす原因として、気温の上昇、風向風速（特に南風によるフェーン現象の発生）、降44 基(35%)

水量などが想定される。このことから、冬期出水災害防止

80 基(65%)にはこれらの気象因子をいち早く入手し、情報分析する必要がある。

7.5m3/min
その他

図－３ 排水ポンプ保有台数（北海道開発局）
３．２ 設置支援装置の検討
北海道開発局における排水ポンプ車の過去の災害出動実
績、排水作業訓練視察及び聞取調査より、排水ポンプ車の運用実態を調査した。その結果、排水ポンプ車による排水作業の効率を高める上で排水ピットとそれに伴う作業ヤードが必要とされていること、及びクレーン装置の届く範囲
図－２ 冬期出水災害発生の原因
次に、冬期に発生する出水災害について、積雪の有無が内では排水ポンプの設置、回収は比較的円滑に行われていることがわかった。

与える影響を、現場状況及び気象データから検討した。

また、現在、北海道開発局では 15m3/min 級のポンプ自走

その結果、冬期の場合は、基地内及び現地の除雪や吹雪等装置を所有しているが、装置本体が大型であるため使用でによる視程障害からの安全確保及び作業効率の低下等があきる現場が限られている状況である（写真－２、表－１）。

ることがわかった。また、積雪による初動の遅れが被害やコストに影響を及ぼすことが考えられた。このことから、冬期作業では雪道による走行速度の低下や作業ヤードの除雪時間など、夏期出水では想定されない時間を要するため、早期の出動指示を出す必要がある。
排水ポンプ車の架装クレーンで排水ポンプを設置する
際、積雪が 20cm 以上あると排水ポンプ車が走行困難となるので除雪を行う必要が出てくるが、その場合でも雪上等を走行可能な設置支援装置があれば迅速な災害対応が可能となる。
写真－２ 既存ポンプ自走装置
３．排水ポンプ設置支援装置の開発
３．１ 排水ポンプ保有台数調査
排水ポンプ設置支援装置の適応性を検討するため、北海道で最も多く排水ポンプ車を保有している北海道開発局における保有台数調査を行った。その結果、排水ポンプ車に搭載されている排水ポンプの規格は、7.5m3/min が一番多く、平成 22 年４月現在では、124 基中 80 基と全体数の65％を占めていた（図－３）。
このことから、最も多く導入されている 7.5m3/min の排水ポンプが使用可能な汎用装置を開発することにより、広域的かつ効率的な運用を実現できる。また、これらの排水ポンプを流用し、適宜搭載して使用できる設置支援装置があれば、専用の排水ポンプを必要とする既存のポンプ自走装置と比較してコスト縮減を図ることが可能となる。

表－１ 既存ポンプ自走装置諸元
排水量
最大登坂角度
全 長
全 幅
全 高
総質量
電源電圧

15m3/min
30 度（tanθ=0.58）
3,500mm1,800mm2,400mm3,200kg（排水ポンプ含む）
200V

そのため、クレーンの届かない箇所での作業や積雪、不整地等の悪条件下でも排水作業が可能となるよう、排水ポンプを設置地点まで搬送し、設置する手段として自走型の設置支援装置は有効であると判断した。
したがって、この自走型の設置支援装置（以下「自走装置」という）の開発目標を次のとおり定めた。

① 排水ポンプ（7.5m3/min）を搭載可能とする。
3② 車載クレーンを使用せず、7.5m /min 排水ポンプを設置し、排水作業が行える装置とする。
③

排水能力を既存のポンプ自走装置と同等とするため、
3

7.5m /min 排水ポンプを２台搭載可能とする。
④

自走装置へのポンプ搭載は現地での作業性を考慮して、単純かつ簡潔な構造とする。
⑤

作業現場までは運搬車両による移動を前提とするため、積み降ろしが容易な構造とする。
⑥

積雪の有無など夏期、冬期の路面状況を問わず走破性を高める。
⑦ 装置本体は小型・軽量化を図る。
３．３ 試作機の仕様及び特徴

構 造

前後 2 分割
内部／発泡スチロール
外面／FRP

材 質
駆動装置（電動機）
定格出力
電 圧
周波数
回転数
相数・極数
走行装置（クローラ部）
全 長
全 高
履帯幅
材 質
駆動輪
転 輪

3.7kW×2 基
440V
60Hz
1,800rpm
3 極・4 相1,265mm
760mm
300mm
ニトリルゴム（NBR）
φ370mm
4 個 φ220mm

検討結果をもとに自走装置を試作した。試作機の全景、諸元及び概略図を以下に示す（写真－３、４、表－２、図－４）。

図－４ 自走装置概略図(1) 本体構造
既設ポンプ自走装置は全長 3,500mm、質量 3,200kg であ
写真－３ 自走装置（試作機）

る一方、一般的な運搬車両の車載クレーンは定格荷重３ｔ未満がほとんどであり、３ｔ以上の質量では自走装置の積み降ろし作業に大型クレーンが必要となる。
このことから、より小型・軽量化するために、各装置の配置を干渉しない構造とし、駆動装置を本体上部、排水ポンプを本体下部に配置した（図－３）。

写真－４ 操作盤及びコントローラ

駆動装置

表－２ 自走装置（試作機）主要諸元
基本性能
走行速度
最大登坂角
接地圧
最低排水深
主要諸元
全 長
全 幅
全 高
総質量（ポンプ搭載時）
総質量（ポンプ未搭載）
フロート部

排水ポンプ
6.5km/h
30 度（tanθ=0.58）
19.6kPa（0.2kgf/㎠）
70cm
2,400mm1,800mm
1,000mm1,320kg（排水ポンプ120kg×2 台搭載時）
1,080kg

図－３ 駆動装置及び排水ポンプ配置(2) 駆動形式駆動形式は一般的にタイヤ駆動又はクローラ駆動が考えられるが、タイヤ駆動では、サスペンション、減速機、ドライブシャフトなどがポンプ搭載スペースと干渉する可能性が高く、それを避けるために装置全体の大型化を招くことになる。

一方、クローラ駆動は左右独立駆動とすることで舵取のロングピンでフロートを固定する構造とし、現場での脱りが行えるため、構造を簡素化することができ、不整地で着作業を容易に行えるものとした（写真－７）。の走破性も高い。このことから、駆動形式はクローラ駆動(5) 排水ポンプ部とした（写真－５）。

排水ポンプは縦 660mm×横 1,000mm のスライドベースに搭載し、ポンプの種類に合わせたスライドベースに取り替えることにより多様なポンプへの対応を可能とした。また、スライドベースの中央部には仕切り板を設けて、排水時に２台のポンプが干渉しない構造とした。さらに、スライドベースの底面は網状の部材を使用し、吸水の支障とならない構造とした（写真－８）。

写真－５ 駆動形式(3) 半没水構造

仕切り板

自走装置は、排水ポンプの搭載、設置、排水、回収を一連の作業とするが、没水構造では水中のゴミ、草、土砂等を吸い込む可能性が高く、排水ポンプの目詰まりが考えらスライドベースれる。また、自走装置の状況を目視で確認することが困難となる。このことから、自走装置は半没水構造を採用した

写真－８ 排水ポンプ搭載状況（写真－６）。但し、水面の漂流物の影響も懸念されるた

なお、本体下部のポンプ搭載スペース（図－３）は幅約め、本体フレームの隙間に吸い込み防護網を設置した。

950mm、高さ約 400mm であり、この寸法に収まる排水ポンプの搭載が可能である。
(6) 駆動装置
自走装置の汎用性を考慮し、動力源は既存排水ポンプ車に搭載されている発電機（AC400V）を活用可能な電動モータを採用した（写真－９）。

写真－６ 半没水構造(4) フロート
自走装置を半没水構造とするために装置本体にフロートを設置しているが、排水ポンプの搭載、ホースの接続時には後部のフロートを外す必要がある。そのため、左右２本
写真－９ 駆動装置
ロングピン駆動装置は、クラッチ機構等を設けず駆動用モータ１基に対して減速機を１基とし、それを左右に１組ずつという簡素な構造を採用した。また、走行操作時の安全性を考慮し、傾斜地等での停止を可能とするため、電気式のブレーキ装置を採用し、操作レバーオフの状態では常にブレーキが掛かる構造とした。さらに、各ブレーキ機構を一括制御方式にすることにより、制御用ケーブルの心線数を減らし、１本にまとめることでケーブルの取り回し作業性を向上させた。

写真－７ フロート脱着作業状況

３．４ 性能試験
試作機の性能を検証するため、災害時に想定される実環(2) 排水試験
自走装置は半没水構造であり、水深約 100cm 以上では本境下において性能試験を行った。

体が完全に浮いた状態となる。自走装置自身には水中での(1) 走行試験

推進機能が備わっていないことから、排水作業により水深自走装置の走行速度、制動距離及び登坂能力等の走行性能について検証した。走行路面は、アスファルト、草地、が下がり、クローラが接地することで、深い水深へと移動して排水が可能となる（写真－13）。

積雪深30cm程度の新雪及び凍結路面とした。その結果、どの路面においても、安定した走行が可能であり、良好な走行性能を発揮した（写真－10、11）。

写真－13 進水状況
排水が可能な最低水深については、水深 70cm 程度まで排水可能であることを確認した。既存のポンプ自走装置の
写真－10 夏期走行試験状況

排水可能な最低水深は 140cm 程度であるため、より低水深な災害現場への対応が可能となった。

写真－11 冬期走行試験状況
登坂試験は、河川堤防において一般的な勾配である 30度を基準とし実施した。排水ポンプを搭載した状態では重写真－14 草の吸い込み状況

心位置も下がり、接地圧も向上するため、概ね 25～30 度

また、草などの漂流物の吸い込みについては、フレームの勾配であれば乾燥した草地、濡れた状態の草地のどちらの隙間に防護網を設置することで大方の異物は防ぐことがも問題なく登坂、降坂ができることを確認した。積雪条件

できた（写真－14）。フレーム等にわずかに引っかかるケ下において、約 30 度の勾配では、法面に対して垂直に進入ースを確認したが、排水性能を妨げる程ではなかった。

すると、自走装置の重量バランスによりクローラの接地面３．５ 試験運用積が減少し、登坂不能な場合が見受けられた。しかし、進平成 22 年度、北海道開発局旭川開発建設部及び網走開発

入角度を垂直から 30 度傾けて斜めに進入すれば登坂可能

建設部に協力依頼し、両建設部で行われている防災訓練にであった（写真－12）。て自走装置の試験運用を行ってもらい、実際に災害対応を行っている業者を対象に、現場適応性、操作性、問題点等についてアンケートを実施した。
(1) 操作盤の接続自走装置用に製作した操作盤について、既存排水ポンプ車との適応性の検証にあたり、開発建設部が所有する排水ポンプ車との接続を行った（写真－15）。接続作業に関する問題等は特に見受けられなく、良好な結果であったが、接続ケーブル等の延長について余裕が欲しいとの意見があ

写真－12 登坂試験状況った。

写真－18

コントローラの習熟状況（平成23年度）

写真－15 操作盤接続作業状況(2) 自走装置への排水ポンプ搭載作業

４．まとめ

排水ポンプ搭載作業を行い、作業の迅速性及び簡易性に低温積雪時の災害発生における影響分析として、冬期気ついて検証した（写真－16）。排水ポンプ搭載に関する問

象状況の影響分析、冬期出水災害対応の検討を行った。冬題等は特になく、短時間での搭載、取外しが可能だった。

期出水の対応には、気温、風向風速、潮位変動に留意し、雪道による移動時間の遅れや積雪による作業ヤードの除雪時間が発生することなどから、夏期よりも早い出動要請による対応が必要である。
今後とも冬期の出水災害の事例を収集し、データを蓄積していく必要はあるが、排水ポンプ設置支援装置の有効性を見出すことができた。
そこで冬期間の融雪など多様化する現場状況に対応でき、既存の排水ポンプが利用可能な汎用性を持たせた自走型の設置支援装置を開発し、排水作業の迅速化及び信頼性向上

写真－16 排水ポンプ搭載作業状況(3) 走行性能及び操作性
作業ヤード内において、自走装置の走行性及び操作性について検証を行った（写真－17）。走行性能に関する問題等は見受けられなかったが、操作には熟練が必要であるとを図った。試作後、夏期、冬期の試験運用を通して改良を行った。試験運用の結果は良好であり、実運用に耐え得る装置であると判断した。
今後は試験運用を継続し、データ収集して適応性及び改良点を調査するとともに成果の普及を図っていく。の意見があった。
参考文献
1）堀田歩、高松茂、小出涼平：積雪寒冷地における出水災
害の影響分析と対策技術の検討について、第 52 回（平成20 年度）北海道開発技術研究発表会、2009 年 2 月2）牧野正敏、堀田歩、高松茂：排水ポンプ設置支援装置の開発、平成 21 年度建設施工と建設機械シンポジウム、2009年 11 月
3）今滝茂樹、堀田歩、牧野正敏：排水ポンプ設置支援装置
写真－17 走行操作状況
平成23年度においても、旭川開発建設部に協力依頼し、の開発、月刊「建設機械」2010 年 8 月号
4) 今滝茂樹：排水ポンプ設置支援装置の開発、寒地土木試験運用を行ってもらった。
特に問題は発生しなかったが、研究所月報 2010 年 8 月号操作盤への配線の接続方法や作業中のケーブルの取り回し

5)今滝茂樹、片野浩司、上野仁士：排水ポンプ設置支援装など使い勝手を向上させるための意見があった。

置の開発について、第 54 回（平成 22 年度）北海道開発技

今後とも、実運用に向け、自走装置の試験運用を行い、運用手順及び操作方法等の周知を図っていく。

術研究発表会、2011 年 2 月